Silnik napędzany ruchem cieczy

© A. Świderska

Udostępnij:

Choć pierwszy napęd hydrostatyczny skonstruowano w połowie ubiegłego wieku, jego upowszechnienie wymagało czasu, a przede wszystkim – dopracowania samej konstrukcji. Dziś silniki hydrostatyczne znajdują szereg zastosowań w różnych gałęziach przemysłu, m.in. w budownictwie, samobieżnych systemach jezdnych i dźwigowych, przemyśle morskim oraz w branży lotniczej.

Podstawą działania silnika hydrostatycznego jest zamiana energii potencjalnej cieczy w energię mechaniczną elementu roboczego: wzrastające ciśnienie w układzie hydraulicznym generuje siłę na powierzchni elementu roboczego, w konsekwencji wymuszając jego ruch. Rodzaj ruchu determinuje zaś podział samych napędów – na siłowniki o ruchu posuwistym i silniki o ruchu obrotowym.



W RUCHU OBROTOWYM

Poza rodzajem ruchu zasada działania siłowników i silników hydraulicznych (wyporowych) jest podobna i sprowadza się do wzajemnej interakcji skumulowanej energii cieczy oraz napędzanego tą energią elementu mechanicznego: tłoka, zębów lub łopatek. Oba te mechanizmy można także wtórnie podzielić na podgrupy względem kryteriów charakterystyki działania i budowy.

I tak, wśród silników hydrostatycznych wyróżnić można silniki szybko- i wolnoobrotowe, a także zębate (o uzębieniu zewnętrznym lub wewnętrznym), wielotłoczkowe (osiowe i promieniowe) oraz łopatkowe. Podstawowym parametrem charakteryzującym silniki hydrostatyczne jest chłonność, czyli ilość cieczy potrzebną do wykonania jednego obrotu. Ta z kolei może być stała lub zmienna, co przekłada się na sposób regulowania prędkości obrotowej mechanizmu. W silnikach o stałej chłonności prędkość ta uzależniona jest od ilości dostarczanego oleju (przepływu), podczas gdy w silnikach o zmiennej chłonności prędkość obrotowa jest regulowana niezależnie od przepływu w układzie. Poza chłonnością nominalną istotnymi parametrami silników hydrauliczych są ciśnienie nominalne i moc nominalna definiujące m.in. prędkość obrotową i moment obrotowy wałka, a tym samym decydujące o finalnych właściwościach i potencjalnych aplikacjach silnika.



BEZ PRZEKŁADNI I WAŁÓW

Mimo różnic w budowie i charakterystyce pracy silniki hydrauliczne mają pewne wspólne cechy wyróżniające je na tle innych rodzajów napędów. Jedną z najważniejszych z nich jest kompaktowa budowa: silnik hydrauliczny może być nawet 20-krotnie mniejszy od silnika elektrycznego o zbliżonych parametrach. Z tego względu jest on chętnie wykorzystywany przez konstruktorów przy projektowaniu układów wymagających doskonałych osiągów przy zachowaniu niewielkich rozmiarów.

Zwłaszcza że hydrostatyczne jednostki wolnoobrotowe dysponują znacznie wyższym – w porównaniu z silnikami elektrycznymi – momentem obrotowym, co pozwala na wyeliminowanie z układów ciężkich mechanicznych przekładni zębatych. Rezygnacji z przekładni i wałów przekazywania mocy sprzyja również łatwość przekazywania energii na znaczne odległości. Co więcej, silniki hydrauliczne mogą funkcjonować w wielu pozycjach, zapewniając szeroki zakres prędkości obrotowych i możliwość prostej zmiany kierunku prędkości przy zachowaniu dobrych parametrów pracy.

WRAŻLIWA KONSTRUKCJA

Choć pełne zalet, silniki hydrostatyczne nie są również wolne od wad, wśród których na pierwsze miejsce wysuwa się stosunkowo duża podatność na nieszczelności w układzie. Te zaś z jednej strony prowadzą do spadku jego wydajności, a z drugiej – negatywnie oddziałują na środowisko naturalne, głównie za sprawą wycieków oleju.

Wydajność układu może zostać również ograniczona na skutek oddziaływania zanieczyszczeń zawartych w cieczy. Krążąc po całym układzie, drobinki brudu i pyłu uszkadzają poszczególne elementy robocze, skracając żywotność silnika. Stąd też niezwykle istotne jest zaopatrzenie napędu w odpowiedni, indywidualnie dobrany system filtracji cieczy, a także regularna wymiana oleju i jednostek filtrujących.

Charakterystyka cieczy roboczej ma również istotny wpływ na pracę układu w warunkach ekstremalnych temperatur. Dlatego już na etapie projektowania układu i wyznaczania warunków jego pracy należy uwzględnić ograniczenia cieplne cieczy, a także dobrać jej parametry tak, by zapewnić stabilną pracę w niskich lub wysokich temperaturach otoczenia.

Konieczność zapewnienia odpowiedniej ilości oleju w układzie wymaga wreszcie zaopatrzenia go we właściwej wielkości zbiornik cieczy, który – zwiększając masę napędu – znacznie ogranicza zakres jego możliwych aplikacji, a tym samym konkurencyjność tego rozwiązania względem tradycyjnych układów. Biorąc pod uwagę jego pozostałe zalety, jego przewaga nad innymi napędami nie wydaje się jednak zagrożona – zwłaszcza w obliczu dalszego postępu w rozwoju coraz bardziej funkcjonalnych rozwiązań łączących w sobie właściwości napędów hydraulicznych i sterowania elektronicznego.

WERSJA KOMBI

Ten ostatni kierunek wydaje się szczególnie perspektywiczny – także z uwagi na wysoką czułość
całego układu uzyskiwaną dzięki niewielkiej ściśliwości cieczy roboczej. Możliwość dokładnego pozycjonowania i kontrolowania elementów roboczych – w połączeniu ze sterowaniem elektronicznym – pozwala na uzyskanie pełnej kontroli i wysokiej precyzji sterowania bez konieczności stosowania mechanizmów i cięgien sterujących. Co więcej, proces ten może być realizowany zdalnie z pulpitu sterowniczego. Nie dziwi więc, że coraz częściej znane nam silniki hydrauliczne ustępują miejsca układom elektrohydraulicznym, a rozwiązanie to staje się powoli swego rodzaju trendem w sektorze hydrauliki, stanowiąc determinantę jej rozwoju na kolejne lata.

Autor artykułu jest product group managerem w firmie Kramp, www.kramp.com

MM KOMENTARZ
Dariusz Żarski, manadżer projektów w firmie Bibus Menos Sp. z o.o.

Podstawowymi czynnościami konserwacyjnymi podczas użytkowania napędów hydrostatycznych jest dbałość o czystośćfiltrów i jakość oleju. Według zaleceń badanie oleju pod kątem zawartości zanieczyszczeń i ewentualna jego wymiana powinny być dokonywane co 2-3 tysiące motogodzin pracy napędu. Najlepiej przy tej okazji wymienić również filtry olejowe. Wnikliwej kontroli powinien zostać poddany także układ ssący olej. Pozwala to wyeliminować ryzyko podsysania powietrza ze zbiornika i zapewnić odpowiednie ciśnienie dopełniania. Po wykryciu usterki kluczowe znaczenie ma dobór odpowiedniej metody jej likwidacji, zależny od okoliczności jej wystąpienia. Jedną z nich jest wymiana uszkodzonych komponentów na nowe – specjalnie w tym celu magazynowane. Pozwoli to na wysłanie niesprawnego elementu do serwisu bez konieczności przerywania pracy.

Udostępnij:

Drukuj



Adam Uliński




TOP w kategorii






Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również